BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ODLEWNICZYCH, MECHANICZNYCH I STRUKTURY NOWYCH EKOLOGICZNYCH MOSIĄDZÓW ARMATUROWYCH

Transkrypt

1 LUDWIK CIURA BEATA CWOLEK WITOLD MALEC ŁUKASZ MARCHEWKA Rudy Metale R nr 5 UKD 539.4:669+14: : : : :673.6 BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ODLEWNICZYCH, MECHANICZNYCH I STRUKTURY NOWYCH EKOLOGICZNYCH MOSIĄDZÓW ARMATUROWYCH BADANIA WSTĘPNE Przeprowadzono analizę możliwości doboru ekologicznego zamiennika ołowiu w mosiądzach armaturowych przy założeniu, że zastąpienie lub ograniczenie ołowiu w nowych stopach, nie może spowodować obniżenia wymagań eksploatacyjnych. Badano wpływ dobranych dodatków stopowych na własności odlewnicze, mechaniczne i skrawalność stopów. Wykonano badania makro- i mikrostruktur wytworzonych stopów z zastosowaniem mikroskopii świetlnej, określono własności odlewnicze (lejność, skurcz) oraz własności mechaniczne i skrawalność uzyskanych stopów. Słowa kluczowe: mosiądze ołowiowe, topienie, odlewanie, lejność, skurcz, własności mechaniczne, skrawalność EXAMINATION OF CASTABILITY, MECHANICAL PROPERTIES AND STRUCTURE OF NEW ECOLOGICAL BRASSES FOR FITTINGS PRELIMINARY STUDY An analysis was made of a possibility of finding a substitute, which might eliminate lead from brasses used for fillings, with an assumption that the decrease of lead content in the new alloys or its full elimination cannot worsen their functional properties. An effect of selected alloy additives on castability, mechanical properties and machinability of the new alloys was examined. The macro- and microstructures of fabricated alloys were also examined by optical microscopy, and their casting properties (fluidity, shrinkage), mechanical properties and machinability have been determined. Keywords: lead brasses, melting, casting, castability, shrinkage, mechanical properties, machinability Wstęp W zależności od stężenia, ten sam pierwiastek może być dla żywego organizmu niezbędny lub toksyczny. Do pierwiastków, które w istotnym stopniu mogą zakłócać równowagę środowiska naturalnego człowieka należą: As arsen, Cr chrom, Zn cynk, Cd kadm, Cu miedź, Ni nikiel, Pb ołów, Hg rtęć. Z punktu widzenia zdrowia człowieka bardzo groźne są: ołów, kadm, rtęć i arsen [1]. Ołów ma obecnie bardzo szerokie zastosowanie. Wykorzystywany jest między innymi do produkcji akumulatorów, amunicji i stopów armaturowych. Ma zastosowanie w przemyśle szklarskim, pirotechnicznym, przy produkcji tworzyw sztucznych, farb, lakierów i innych. Wzbogacenie środowiska naturalnego w ołów następuje między innymi w wyniku emisji pyłów pochodzących ze spalin samochodowych, w wyniku spalania węgla, korodowania rur z zawartością ołowiu, składowania baterii. Innym ich źródłem jest hutnictwo metali nieżelaznych oraz żelaza, a także osady ściekowe oraz spalarnie odpadów i śmieci. Mając powyższe na uwadze od kilku lat w Instytucie Metali Nieżelaznych prowadzone są w tym zakresie prace badawcze zmierzające do ograniczenia lub eliminacji ołowiu w stopach miedzi, głownie w mosiądzach i brązach ołowiowych [2 7]. Cel i zakres badań Jedną z podstawowych przesłanek, determinujących kierunek podejmowanych w tym zakresie badań, jest przyszły stan uregulowań administracyjno-technicznych w zakresie dopuszczalnych stężeń ołowiu, zarówno w szeroko pojętym środowisku, jak i w konsekwencji dopuszczalnych zawartości w komercyjnych stopach miedzi. W chwili obecnej trudno uzyskać konkretne dane dotyczące tego problemu. Niemniej jednak na podstawie docierających informacji należy przypuszczać, że w tych stopach będzie dopuszczalna pewna zawartość ołowiu, a jej poziom będzie zróżnicowany w zależności od zamierzonego zastosowania materiału. Przykładowo stopy przeznaczone na elementy instalacji wody pitnej będą podlegały znacznie ostrzejszym Doc. dr inż. Ludwik Ciura, mgr inż. Beata Cwolek, mgr inż. Witold Malec, mgr inż. Łukasz Marchewka Instytut Metali Nieżelaznych, Zakład Technologii Przetwórstwa Metali i Stopów, Gliwice. 263

2 restrykcjom niż na elementy ślizgowe. Konsekwencją tego założenia było takie ukierunkowanie prowadzonych badań, aby było możliwe zaproponowanie stopów zamiennych zarówno bezołowiowych, jak i z niską zawartością ołowiu. Stąd też zasadniczym celem prowadzonych prac jest stworzenie podstaw do opracowania, na podstawie przeprowadzonych badań i eksperymentów techniczno-technologicznych, założeń technologicznych wytwarzania nowych ekologicznych stopów odlewniczych miedzi z częściową lub całkowitą eliminacją szkodliwego ołowiu z tych stopów, przy zachowaniu ich własności odlewniczych, mechanicznych i użytkowych, co w efekcie pozwoli na rozszerzenie asortymentu wyrobów krajowych producentów o nowe, ekologiczne stopy na osnowie miedzi, przeznaczone na odlewy. Zakres prac, które przewidziano do wykonania, ma na celu określenie wpływu wybranych dodatków stopowych na zasadnicze charakterystyki techniczne, technologiczne i użytkowe wytypowanych stopów odlewniczych miedzi, co poprzez wykorzystanie synergicznego ich oddziaływania umożliwi opracowanie nowych materiałów, lepiej dostosowanych do zamierzonych zastosowań niż obecnie oferowane zamienniki. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących mosiądzów ołowiowych. Mosiądze ołowiowe Stopy te charakteryzują się bardzo dobrą lejnością, skrawalnością, odpornością na niewielkie obciążenia dynamiczne, korozję i ścieranie. Stosowane są na armaturę wodną, gazową, cieplną i ciśnieniową (do 3 MPa), obudowy części maszyn oraz koszyki łożysk tocznych. Ołów w mosiądzach ołowiowych występuje jako dodatek stopowy w ilości od 0,5 do 3,0 % w zależności od gatunku (PN-EN 1982 Miedź i stopy miedzi. Gąski i odlewy). Nie rozpuszcza się w fazie α(cu Zn) i przy zawartości ponad 0,1 % wydziela się jako osobna faza, w postaci sferycznych wtrąceń na granicach ziarn lub w przestrzeniach międzydendrytycznych. Wtrącenia ołowiu o większej dyspersji występują również wewnątrz ziarn fazy β'. Wraz ze wzrostem stężenia ołowiu zmniejsza się R m. W stopach z zakresu roztworu stałego α skłonność do segregowania i dostrzegalne zmniejszenie własności mechanicznych występuje w zakresie zawartości 2 3 % ołowiu. Stopy z obszaru β' ze względu na lepszą dyspersję ołowiu są mniej wrażliwe na obniżenie własności wytrzymałościowych. Dodatek ołowiu obniża temperaturę topnienia, poprawia lejność, skrawalność i własności ślizgowe [8]. Kryteria doboru zamiennika ołowiu Kryteria, jakimi kierowano się przy wyborze ewentualnego zamiennika ołowiu, były następujące: toksyczność, względy ekonomiczne, własności fizykochemiczne. W tablicy 1 zestawiono właściwości, koszt, produkowane ilości oraz względną toksyczność ewentualnych zamienników ołowiu Charakterystyka ewentualnych zamienników ołowiu Bizmut jest różowobiałym, kruchym metalem o gęstości 9,80 g/cm 3 i temperaturze topnienia 271 C. Charakteryzuje się dużym diamagnetyzmem. Jego związek z manganem Zestawienie porównawcze Tablica 1 Table 1 Comparative list for lead and its substitutes Nazwa Ołów Bizmut Ind Antymon Symbol Pb Bi In Sb Cena USD/kg */ 2,0 26, ,6 Światowa produkcja 10 3 t ,1 0,12 60 Najwyższe Dopuszczalne Stężenie **/, mg/m3 0,03 brak 0,1 0,5 Liczba atomowa Masa atomowa 207,19 208,98 114,82 121,75 Temperatura topnienia 327,5 C 271,3 C 156,6 C 630,7 C Temperatura wrzenia 1740 C 1560 C 2080 C 1750 C Gęstość 11,35 (20 C) 9,8 (25 C) 7,31 (20 C) 6,684 (25 C) Stopnie utlenienia II,IV III,V III III,V */ ceny na dzień **/ NDS Najwyższe Dopuszczalne Stężenie wartość średnia ważona stężenie lub natężenie, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8 godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy określonego w Kodeksie Pracy, przez jego okres aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia, oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń. (MnBi) jest trwałym magnesem. Jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności. W związkach chemicznych występuje na +3 i +5 stopniu utlenienia. Niektóre związki bizmutu znajdują zastosowanie w medycynie. Właściwość bizmutu, jaką jest zwiększanie własnej objętości podczas krzepnięcia, wykorzystuje się w technice odlewniczej. Metaliczny bizmut stosowany jest jako składnik łatwo topliwych stopów wieloskładnikowych (niektóre ze stopów bizmutu mają bardzo niskie temperatury topnienia). Podobnie jak ołów, dobrze ekranuje promieniowanie gamma. Bizmut ma największą masę atomową z niepromieniotwórczych pierwiastków. Ind nie tylko służy do pokrywania metali powłokami antykorozyjnymi, ale znalazł też zastosowanie jako dodatek stopowy podwyższający twardość i odporność na korozję np. stali. Z niektórymi pierwiastkami tworzy stopy nadprzewodzące. Drut wykonany z indu jest wykorzystywany w termometrach oporowych i w przyrządach optycznych. Metaliczny ind otrzymuje się przez redukcję tlenku indu wodorem lub metodą elektrolizy roztworu jego soli. Ind jest rzadko występującym pierwiastkiem w przyrodzie. Występuje głównie w postaci minerałów: rokezytu CuInS 2, indytu FeIn 2 S 4 i gallindytu In(OH) 3. Często towarzyszy rudom cynku, żelaza, miedzi i cyny. Pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej zajmuje 66 miejsce (procenty wagowe). Zastosowanie indu ogranicza jego wysoka cena (siedmiokrotnie droższy od srebra). Antymon jest biało-niebieskim, kruchym półmetalicznym pierwiastkiem. Jego związki znano już w starożytności. Często mylono go z innymi podobnymi pierwiastkami (z bizmutem, cyną i ołowiem). Właściwość antymonu polegająca na rozszerzania się przy zamarzaniu, znalazła zastosowanie przy pokrywaniu szorstkich powierzchni. Zarówno antymon, jak i jego związki, są toksyczne. Najczęściej występuje w związkach, a jako wolny pierwiastek można go 264

3 zwykle spotkać razem z rudami srebra, arsenu i bizmutu. Podstawową rudą jest jego siarczek, który wydobywa się głównie w Chinach, Francji, Włoszech i Japonii. Zawartość w skorupie ziemskiej % wagowo. Antymon jest składnikiem wielu stopów, jak również służy do produkcji substancji ogniotrwałych. Związki antymonu wykorzystywane w są medycynie, jako składnik zapałek, przy wulkanizowaniu gumy, produkcji masła i porcelany. Jak wynika z przytoczonych danych liczba pierwiastków możliwych do zastosowania jest bardzo niewielka. Z rozpatrywanych pierwiastków wyeliminowano: ind, ze względu na wysoką cenę i niskie światowe zasoby, antymon, ze względu na toksyczność. Planując skład chemiczny nowych ekologicznych mosiądzów, po przeprowadzonych porównaniach właściwości, cen jednostkowych, produkowanych ilości oraz względnej toksyczności pierwiastków wytypowano bizmut jako główny zamiennik ołowiu. Analiza wpływu dodatków stopowych na własności odlewnicze i użytkowe mosiądzów Wieloskładnikowe mosiądze odlewnicze cechuje dobra odporność na korozję i ścieranie oraz dobre własności wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych. Jednocześnie charakteryzują się one dużą skłonnością do powstawania wad odlewniczych w postaci porowatości skurczowej. W celu ograniczenia tych wad oraz poprawy własności mosiądzów odlewniczych, należy optymalizować skład chemiczny stopu poprzez stosowanie dodatków stopowych. Mając powyższe na uwadze, a także fakt, że tę grupę stopów produkuje się głównie ze złomów i odpadów zawierających różne składniki stopowe, poniżej przedstawiono analizę wpływu różnych pierwiastków na własności mosiądzów odlewniczych: cyna stosowana w celu zwiększenia odporności na korozję, jej dodatek razem z ołowiem zwiększa skłonność do segregacji kruchych faz w stopie oraz pogarsza właściwości mechaniczne w podwyższonych temperaturach, ma duży wpływ na powstawanie mikroporowatości skurczowej; żelazo podwyższa temperaturę topnienia i odlewania oraz zakres temperatur krzepnięcia mosiądzów i przesuwa zakres faz α i α + β' ku mniejszym zawartościom miedzi. Wydzielenia faz bogatych w żelazo polepszają własności mechaniczne; aluminium znacznie zwiększa lejność oraz zakres istnienia faz α + β', sprzyja powstawaniu kruchej fazy γ układu Cu-Al. Wpływa na wzrost wytrzymałości faz α i β' i zmniejszenie wydłużenia i przewężenia. Ma korzystny wpływ na odporność na korozję i erozję wody morskiej oraz pary, utrudniając jednocześnie lutowanie i spawanie. Duże powinowactwo do tlenu zmniejsza możliwość powstawania porowatości gazowej. Powstający Al 2 O 3 tworzy zwartą powłokę na ciekłym metalu, izolując go od wpływu atmosfery, przez co nie ma potrzeby stosowania pokryć ochronnych. Powłoka ta ogranicza parowanie cynku w czasie topienia mosiądzów, co przyczynia się do powstawania zażużleń, wpływając niekorzystnie na jakość odlewów; mangan podwyższa temperaturę topnienia i odlewania oraz prężność par cynku. Ze względu na dużą skłonność manganu do utleniania, w zakresie temperatur odlewania tworzą się duże ilości lepkiego żużla powodującego wady wewnętrzne i zewnętrzne w postaci zażużleń i niedolewów; nikiel właściwościami jest zbliżony do miedzi, nie wywołuje dużych zmian strukturalnych. Nikiel w mosiądzach powoduje trudności odlewnicze przez wysoką temperaturę topnienia oraz duże powinowactwo z tlenem, węglem, siarką i wodorem; fosfor dodany nawet w niewielkich ilościach zwiększa lejność w wyniku zmniejszenia napięcia powierzchnio Planowany skład chemiczny mosiądzów The planned chemical composition of the brasses Tablica 2 Table 2 Oznaczenie stopu Bi Zn Al P Pb Fe B Cu MO59 */ max. 0,05 reszta 1,0 2,5 57,0 60,0 M-1 0,6 42 M-2 2,9 41 M-3 0,6 36 M-4 2,9 36 M-5 0,8 38 0,8 M-6 2,5 38 0,3 0,2 reszta M-7 0,5 36 0,3 0,2 M-8 0,8 38 0,3 0,8 0,2 M-9 2,5 38 0,4 0,05 0,1 M-10 2,0 37 0,3 0,05 0,2 M-11 2,5 38 0,4 0,05 0,1 0,005 */ dane według PN-91/H-87026, pod względem składu chemicznego i własności stop gatunku MO59 zbliżony jest do stopu CuZn39Pb1Al-B według PN-EN

4 wego ciekłego metalu, zawartość 0,02 0,06 % w stopie hamuje zjawisko odcynkowania, a w połączeniu z żelazem wpływa na zmniejszenie wielkości ziaren w mosiądzu. Dodatkowo należy podkreślić oddziaływanie cynku w stopie. Wraz ze wzrostem ilości cynku stopniowo maleje skurcz odlewniczy. Mosiądze o większej zawartości cynku wykazują mniejszą skłonność do porowatości gazowej wskutek większej prężności par cynku, mają natomiast większą tendencję do porowatości skurczowej przez większy udział fazy β' [8]. Próby wytworzenia zamiennika mosiądzu ołowiowego Dążąc do wyeliminowania lub częściowego ograniczenia ołowiu w nowych stopach, zaplanowano składy chemiczne tak, aby uzyskać dla mosiądzów zróżnicowanie zawartości cynku, bizmutu i ołowiu, z udziałem Al, Fe i P przy zawartości miedzi stanowiącej uzupełnienie wsadu do 100 %. Wytypowano następujący zakres składu chemicznego: Zn 34,5 42,0 %, Bi 0,6 2,9 %, Pb 0 1,5 %, Cu reszta. Stosowano również bor jako modyfikator. W tablicy 2 przedstawiono skład chemiczny mosiądzu ołowiowego gatunku MO59 oraz zaplanowany skład chemiczny nowych stopów. Próby topienia i odlewania przeprowadzono w indukcyjnym piecu tyglowym o pojemności 100 kg Cu. Jako składniki wsadowe stosowano metale technicznej czystości. Większość materiału odlewano w postaci gąsek, a próbki do badania własności mechanicznych i skrawalności odlewano w postaci prętów o średnicy 40 mm. Wyniki badań składu chemicznego wytworzonych stopów wykazały, że uzyskano materiał zgodny z zaplanowanym. Otrzymany materiał poddano badaniom wstępnym. Badania własności odlewniczych, mechanicznych i struktury Wytworzony materiał w postaci gąsek i prętów poddano badaniom: makro- i mikrostruktury wlewków przy zastosowaniu mikroskopu optycznego Olympus GX71F, twardości HB 62,5/2,5 wlewków przy zastosowaniu twardościomierza firmy WOLPERT, własności wytrzymałościowych w temperaturze otoczenia przy zastosowaniu maszyny wytrzymałościowej INSTRON 4505, właściwości odlewniczych, skrawalności. Proces wytwarzania odlewów i wlewków, w końcowym a b c Rys. 1. Spirala lejności a stop MO59 SJ = 520 mm, b stop M-4 SJ = 293 mm, c stop M-11 SJ = 697 mm Fig. 1. Fluidity spiral for the alloys a MO59 SJ = 520 mm, b M-4 SJ = 293 mm, c M-11 SJ = 697 mm Rys. 2. Wartość lejności dla poszczególnych stopów Fig. 2. Fluidity values for particular alloys cyklu odlewniczego procesu technologicznego obejmuje dwa bardzo istotne etapy: doprowadzenie ciekłego metalu do wlewnicy (formy, krystalizatora), krzepnięcie stopu (metalu). Etapy te są ze sobą powiązane i współdecydują o otrzymaniu odlewu wolnego od wad. Dlatego istotne znaczenie ma zespół własności metali i stopów zwany ogólnie właściwościami odlewniczymi. Do oceny wpływu dodatków stopowych na właściwości odlewnicze badanych mosiądzów przyjęto, że: miarą lejności jest całkowita długość drogi, którą przebył metal w określonej formie do momentu zatrzymania (SJ), skurcz ε jest ilościową charakterystyką zmiany wymiarów odlewu i podawany jest w procentach [9]. 266

5 a b c Rys. 3. Makrostruktura a stop MO59, b stop M-4, c stop M-11 Fig. 3. Macrostructure of the alloys a MO59, b M-4, c M-11 a b c Rys. 4. Mikrostruktura a stop MO59, b stop M-4, c stop M-11 Fig. 4. Microstructure of the alloys a MO59, b M-4, c M-11 Próbę lejności przeprowadzono poprzez zalanie formy skorupowej w kształcie spirali z odpowiednio zaformowanym układem wlewowym. Temperatura zalewania formy wynosiła 1050 ±5 C. Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono uzyskane wyniki badań lejności. Przeprowadzone próby pozwoliły stwierdzić, że zastosowane dodatki Al, Fe i P wpłynęły w korzystny sposób na własności odlewnicze stopów, a zwłaszcza na lejność. Wyznaczone wartości współczynnika całkowitego liniowego skurczu odlewniczego przedstawiono w tablicy 3. Badania makro- i mikrostruktury przeprowadzono na próbkach pobranych z dolnej części wlewków okrągłych, na zgładach prostopadłych do kierunku odlewania. Wyniki badań przedstawiono na rysunkach 3 i 4. W zależności od składu chemicznego mosiądzów udział poszczególnych faz oraz wielkość kryształów jest różna przy tych samych warunkach chłodzenia. Zastosowanie jako modyfikatora boru, spowodowało silne rozdrobnienie struktury. Makrostruktura stopu MO59 i M-4 były do siebie podobne i charakteryzowały się występowaniem: strefy drobnych kryształów zamrożonych w części brzegowej próbki, Tablica 3 Własności mechaniczne i odlewnicze badanych stopów Table 3 Mechanical properties and castability of the studied alloys Materiał R m MPa R p0,2 MPa A % HB Lejność Skurcz 62,5/2,5 mm % MO59 *) min. 270 min. 120 min. 15 min ,10 M , ,96 M , ,97 M , ,93 M , ,85 M , ,85 M , ,91 M , ,89 M , ,69 M , ,90 M , ,10 M , ,01 *) właściwości mechaniczne dla odlewów kokilowych wg PN-91/H

6 Kształty wiórów badanych mosiądzów w zależności od prędkości obrotowej wrzeciona The shape of chips from studied brasses in dependence on spindle rotation speed Tablica 4 Table 4 Kształt wióra przy prędkości Oznaczenie stopu obrotowej wrzeciona MO59 M-1 M-2 M-3 M-4 M-5 M-6 M-9 M-10 M-11 n = 280 obr./min Ss-o H-o E H-o Ss-o Ss-o n = 210 obr./min Ss-o i E E-o Ł-o w toku n = 900 obr./min Ss-o H-o E H-o Ss-o Ss-o n = 842 obr./min Ss-o i E Ł-o Ss-o w toku n = 1800 obr./min Ss-o H-o E H-o Ss-o Ss-o n = 1200 obr./min E Ł-o Ss-o w toku strefy kryształów kolumnowych, strefy kryształów równoosiowych w środkowej części próbki. W górnej części wlewków obserwowano większy udział strefy kryształów kolumnowych i większe niż w dolnej części kryształy równoosiowe. Spowodowane jest to między innymi warunkami odprowadzania ciepła w poszczególnych częściach wlewka. Stop MO59 charakteryzuje się mikrostrukturą dwufazową α + β' ze sferoidalnymi, równomiernie rozłożonymi wydzieleniami ołowiu zarówno na granicy ziarn, w przestrzeniach międzydendrytycznych fazy β', jak i wewnątrz ziarn fazy β'. Badania mikrostruktury stopu M-4 wykazały, że bizmut wydzielił się jako oddzielna faza na granicach ziarn oraz wewnątrz fazy β', uzyskując równomierne rozłożenie w stopie. Zabieg modyfikacji stopu M-11 borem spowodował rozdrobnienie ziarn oraz zmianę struktury. Wpłynął korzystnie na ukształtowanie składnika struktury, jakim są wydzielenia bizmutu, występujące w stopie ze względu na brak jego rozpuszczalności. Własności wytrzymałościowe mosiądzów w stanie po odlaniu wyznaczono na podstawie próby jednoosiowego rozciągania. Wyniki tych badań przedstawiono w tablicy 3. Wyniki badań własności mechanicznych badanych mosiądzów wykazały, że dla czterech stopów uzyskano wyniki Tablica 5 Charakterystyka powstających wiórów Table 5 Characteristics of the chips obtained Oznaczenie wióra Kształt i charakterystyka wióra Ocena wióra S-p spiralny płaski korzystny Ss-o spiralne stożkowe odcinkowe korzystny E elementowe odpowiedni H-o śrubowe odcinkowe korzystny Ł-o łukowe odcinkowe korzystny E-o elementowe odpryskowe odpowiedni lepsze niż dla stopu bazowego MO59. Test skrawalności badanych stopów przeprowadzono na tokarce uniwersalnej firmy Wafum TUD 40. Wałki testowe o średnicy 30 mm nakiełkowano oraz wyrównano wstępnie. Jako narzędzie stosowano nóż tokarski S10 NNZa Przyjęto następujące parametry obróbki skrawaniem: posuw 0,130 mm/obr. i 0,125 mm/obr., głębokość skrawania a P = 0,5 mm, a zastosowane prędkości obrotowe wrzeciona zestawiono w tablicy 4. Kierując się danymi literaturowymi [10] tablica 5, dokonano wizualnej oceny postaci uzyskanych wiórów. Na ry- Rys. 5. Postać wiórów po skrawaniu stop MO59, obroty wrzeciona: 900 obr./min, kształt wióra: Ss-o Fig. 5. A form of chips after machining MO50 alloy, spindle rotation speed: 900 rev/min, shape of a chip: Ss-o Rys. 6. Postać wiórów po skrawaniu stop M-4, obroty wrzeciona: 900 obr./min, kształt wióra: Ss-o Fig. 6. A form of chips after machining M-4 alloy, spindle rotation speed: 900 rev/min, shape of a chip: Ss-o Rys. 7. Postać wiórów po skrawaniu stop M-11, obroty wrzeciona: 842 obr./min, kształt wióra: Ł-o Fig. 7. A form of chips after machining M-11 alloy, spindle rotation speed: 842 rev/min, shape of a chip: Ł-o 268

7 sunkach 5 7, przedstawiono postać wiórów. W wyniku przeprowadzonych prób skrawalności wyróżniono sześć rodzajów wiórów tzn.: śrubowe odcinkowe, spiralne płaskie, spiralne stożkowe odcinkowe, łukowe odcinkowe, elementowe odpryskowe i elementowe (cztery pierwsze rodzaje z punktu widzenia obróbki skrawaniem mają korzystny kształt, dwa ostatnie odpowiedni). Nie stwierdzono znaczącego wpływu prędkości obrotowej wrzeciona na kształt otrzymanych wiórów. Widoczne jest natomiast oddziaływanie bizmutu na ich wielkość. Przy dużej zawartości bizmutu otrzymano bardzo drobny wiór, przy małej ilości tego pierwiastka otrzymano wiór większy i dłuższy. Powierzchnie wałków po toczeniu poddano badaniom parametrów chropowatości. Nie stwierdzono wyraźnego wpływu składu chemicznego badanych stopów oraz prędkości skrawania na parametry chropowatości R a, R z, R m. Parametry te mieściły się w szerokich granicach i tak: R a od 4,5 7 μm, R z od 20 do 35 μm, R m od 20 do 40 μm. Podsumowanie 1. Na obecnym etapie przeprowadzonych prac stwierdzono, że możliwe jest opracowanie nowych ekologicznych stopów miedzi z ograniczoną lub całkowitą redukcją zawartości ołowiu, o własnościach porównywalnych do obecnie stosowanego stopu gatunku MO W warunkach laboratoryjnych wytworzono nowe mosiądze, w których w sposób znaczący ograniczono zawartość ołowiu lub całkowicie go wyeliminowano poprzez zastosowanie jako głównego składnika stopowego bizmutu. 3. Zastosowanie dodatków takich, jak aluminium i żelazo wpłynęło na poprawę właściwości odlewniczych (wzrost lejności od 15 % do 55 %) i wytrzymałościowych w stosunku do stopów zawierających tylko bizmut i ewentualnie ołów. Literatura 1. Ostrowska B.: Pierwiastki szkodliwe w środowisku Me- tale ciężkie a zdrowie (cz. 1), 2. Joszt K., Heler J., Puchalik A., Andrzejaczek B., Cięciak J.: Sprawozdanie IMN 4067/I/88. Nowy gatunek mosiądzu na armaturę sieci domowej Etap I Opracowanie składu i badanie własności nowego mosiądzu ołowiowego [niepublik.]. 3. Heler J., Joszt K., Cięciak J., Wróbel M., Kozik J.: Sprawozdanie IMN 4067/III/89. Nowy gatunek mosiądzu na armaturę sieci domowej Etap III Technologia odlewania elementów armatury z trzech nowych mosiądzów aluminiowych [niepublik.]. 4. Lachowski M., Heler J.: Sprawozdanie IMN 2152/77, Próby przemysłowe wykonania nowego gatunku mosiądzu ołowiowego zastępującego stopy MO59 i MO60 [niepublik.]. 5. Ciura L., Malec W., Joszt K., Gil S.: Struktura a własności mechaniczne wieloskładnikowych mosiądzów łożyskowych. Rudy Metale 1994, t. 39, nr 6, s Cwolek B., Malec W., Ciura L., Marchewka Ł.: Sprawozdanie IMN 6155 /I /2004. Opracowanie nowych ekologicznych stopów odlewniczych na bazie miedzi (mosiądze i brązy) z pełną lub częściową eliminacją ołowiu Etap I Opracowanie założeń do wytwarzania nowych stopów odlewniczych na bazie miedzi (brązy i mosiądze) bezołowiowych lub o obniżonej zawartości ołowiu oraz próby wstępne ich wytworzenie w warunkach laboratoryjnych [niepublik.]. 7. Cwolek B., Malec W., Ciura L., Marchewka Ł.: Sprawozdanie IMN 6155 /II/2005, Opracowanie nowych ekologicznych stopów odlewniczych na bazie miedzi (mosiądze i brązy) z pełną lub częściową eliminacją ołowiu Etap II Optymalizacja składu chemicznego poprzez dobór pierwiastków wpływających na polepszenie własności użytkowych i eliminujących wady odlewnicze nowych stopów oraz próby ich wytwarzania w warunkach laboratoryjnych [niepublik]. 8. Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych. WNT Warszawa Braszczyński J.: Krystalizacja odlewów. WNT Warszawa Kaczmarek J.: Podstawy obróbki wiórowej, ściernej i erozyjnej. WNT, Warszawa Prace wykonano w ramach realizacji projektu badawczego zamawianego PBZ/KBN/114/T08/2004 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. 269